CN109433299B - 用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置及其应用方法，包括底部驱动机构、工作台组件和伸缩臂机构；工作台组件包括X向工作台、Y向工作台、旋转工作台，底部驱动机构用于X向驱动工作台组件前后移动，Y向工作台在X向工作台上部可左右移动，旋转工作台通过旋转驱动机构设置在Y向工作台上，在旋转工作台上方设有立臂油缸和辅臂油缸，伸缩臂机构铰接在立臂油缸和辅臂油缸的顶部，在伸缩臂机构的前端设有破岩机具。本发明针对现有的人工进仓破碎、打捞孤石作业劳动强度大、风险高、效率低的问题而设计，具有节省作业人员体力、自动化程度高、能够实现远程操作、安全性高的优点。

Description

用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及泥水平衡盾构设备技术领域，具体涉及泥水平衡盾构在孤石地层、基岩凸起地层施工过程使用的一种用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置及其应用方法。

背景技术

泥水平衡盾构作为一种机械化施工装备被广泛应用在隧道修建中，具有施工速度快、机械化程度高的优点，而且尤其适用于富水环境、地表沉降控制严格的场合。泥水盾构在孤石地层、基岩地层的掘进过程中，部分岩石由于缺乏固定的基础，处于游动状态，很容易卡在刀盘的辐条之间，造成盾构机的扭矩参数异常，影响盾构机的正常推进。在这种情况下，通常采用进仓打捞的方法，人工将石头破裂、取出，工作人员在带压进仓的环境中工作效率不高，安全性低，存在较大的风险。针对进仓打捞辐条位置孤石效率低、成本高的缺点，为了提高破岩的效率，本发明提出一种孤石处理的装置，能够提高作业的效率，减轻工作人员的劳动强度和作业风险，后续配合能够自动启闭功能的前隔板上部仓门，能够在一定程度上提高孤石破除作业的自动化水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置及其应用方法，能够有效提高破岩作业的效率，减轻工作人员的劳动强度和作业风险。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，包括底部驱动机构、工作台组件、伸缩臂机构；所述工作台组件包括X向工作台、Y向工作台、旋转工作台；

所述底部驱动机构包括两条平行设置的X向导轨，两条所述导轨的末端连接有支座板，在所述支座板上部设有X向油缸；所述X向油缸的活塞杆前端与所述X向工作台的末端固定连接，所述X向工作台的底部设有与两条X向导轨相配合滑动安装的滑块；

在所述X向工作台上设有与所述X向导轨相垂直的Y向滑槽，在所述Y向工作台的底部设有滑动安装在所述Y向滑槽内的凸台，在所述X向工作台的一侧设有与所述Y向滑槽平行设置的Y向油缸，所述Y向油缸的活塞杆前端与所述Y向工作台侧边上设置的挡块固定连接在一起；

所述旋转工作台通过旋转驱动机构设置在所述Y向工作台的上部，在所述旋转工作台上方设有立臂油缸和辅臂油缸，所述立臂油缸和辅臂油缸与对应设置在所述旋转工作台上的两个支座相铰接；

所述伸缩臂机构铰接在所述立臂油缸和辅臂油缸的顶部，在所述伸缩臂机构的前端设有破岩机具。

在上述技术方案中，X向油缸用于推动工作台组件沿X向导轨移动，实现该装置的前后移动；X向工作台上设置的Y向油缸用于推动Y向工作台沿Y向滑槽移动，实现该装置的左右位置的调整；立臂油缸和辅臂油缸用于支撑上部的伸缩臂组件，调整伸缩臂组件的高度和俯仰角度，伸缩臂组件前端设置破岩机具，当需要对卡在刀盘的辐条之间的孤石进行破碎处理时，使用本发明中的处理装置，调整工作台组件各方向上的位置，对待处理的岩石进行破碎处理。

优选的，所述伸缩臂机构包括一级伸缩臂、二级伸缩臂和三级伸缩臂，所述二级伸缩臂套装在所述一级伸缩臂内，且与一级伸缩臂之间形成移动副；所述三级伸缩臂套装在所述二级伸缩臂内，且与所述二级伸缩臂之间形成移动副，所述破岩机具设置在所述三级伸缩臂的前端；在所述一级伸缩臂内设有多级油缸，所述多级油缸的活塞杆前端与所述破岩机具的末端固定连接。伸缩臂组件采用多级油缸控制其伸缩长度，可以随时调整以适应破岩操作过程中岩石的位置，方便破岩作业。

优选的，在所述三级伸缩臂的前端上部安装有摄像头；所述一级伸缩臂、二级伸缩臂和三级伸缩臂均为矩形截面的型钢。摄像头用于将破岩机具前方的画面进行拍摄和视频的传送，使工作人员能够实时获取前方破岩操作的情况。

优选的，在所述立臂油缸和辅臂油缸的顶部均设有油缸吊耳，在所述一级伸缩臂的下部对应位置分别设有吊耳孔，所述立臂油缸和辅臂油缸的顶部通过油缸吊耳与一级伸缩臂下部的吊耳孔对应铰接。

优选的，所述旋转驱动机构包括设置在所述Y向工作台上的推力轴承、设置在所述旋转工作台的下部的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述推力轴承对应安装在一起，在所述Y向工作台上还设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴上安装有传动齿轮，所述传动齿轮与所述驱动齿轮相啮合，使所述伺服电机带动所述旋转工作台转动。旋转驱动机构用于调整旋转工作台角度的，进而实现对破岩机具的摆动角进行调整，以扩大作业范围。

优选的，所述立臂油缸设置在所述旋转工作台的中心位置，所述辅臂油缸设置在所述立臂油缸的前侧，且二者错开设置，不在同一直线上，二者在所述旋转工作台上的投影互不重合。这样的设置方式使得立臂油缸和辅臂油缸在收起之后、平置在旋转工作台上时，互相之间不会互相碰撞和干涉，使该装置整体收缩起来后体积更小，更加节省空间。

优选的，所述伺服电机为带减速机的伺服电机，在所述伺服电机输出轴上安装有角度传感器；所述X向油缸、Y向油缸、立臂油缸、辅臂油缸和多级油缸均内置有位移传感器，所述位移传感器为拉线式光栅光纤传感器或 LVDT 位移传感器。所有油缸均带有位移传感器，由相应的控制系统进行控制，实现对该装置内的液压油缸的行程控制。同时控制系统还可以控制伺服电机的转动，具体的控制方式和电连接方式可通过本领域常规的控制方式和电连接方式来实现。

优选的，在所述Y向工作台上还设有液压管路接口和外接信号电缆接口。液压管路从外部接入，连接到各个液压油缸，外接信号电缆接口用于连接对应的控制系统，方便人员进行仓外遥操作。

优选的，所述破岩机具为液压冲击钻或液压劈裂器。破岩机具为直接破岩作业的工具，可以是液压冲击钻、液压劈裂器，但不局限于两者，也可采用其他破岩机具。

本发明还涉及上述用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置的应用方法，包括下列步骤：

（1）将该处理装置通过仓内运输装置运送至泥水盾构气垫仓上部，将外接的液压管路、电源接通，外接信号控制电缆与对应的接口接通，对该处理装置进行试操作，检查装置中的各部分是否正常工作，确认能够正常工作后进行下一步骤；

（2）在进行作业前，使前方刀盘开挖仓的泥浆液面应降低，确保泥水盾构气垫仓前隔板上部密封仓门打开时，无泥浆进入；打开前隔板上部密封仓门，慢速转动刀盘，刀盘停止后让辐条处对着前隔板上部的仓门开口处，便于开展破岩，否则重新调整刀盘位置；

（3）该处理装置未工作时为收缩状态，所述立臂油缸和辅臂油缸平置在所述旋转工作台上，伸缩臂机构收缩；仓门开启后，控制X向油缸伸出，将X向工作台沿X向导轨向前推出；

（4）将X向工作台推到初始工作位置后，通过Y向油缸调整Y向工作台的位置，通过调整立臂油缸和辅臂油缸的高度，让伸缩臂机构有一个合适的俯仰角度，然后控制一级伸缩臂内的多级油缸的行程，使破岩机具接近岩石，控制破岩机具对岩石进行破碎工作，破碎岩石的过程中随时调整伸缩臂机构的伸缩长度；在工作过程中需要对装置进行摆动时，控制伺服电机带动旋转平台转动一定角度；

（5）某位置辐条处卡的岩石破碎完毕后，将伸缩臂机构收回，立臂油缸和辅臂油缸下降、平置，X向油缸收回，将X向工作台沿X向导轨拖回，使该处理装置回到泥水盾构气垫仓内；

（6）转动刀盘至下一个辐条位置，重复上述步骤进行下一次破岩操作；破岩工作结束后，将该装置调整至初始的收缩状态，拖回到泥水盾构气垫仓内；关闭仓门。

本发明的有益效果在于：

本发明的处理装置结构紧凑，非工作状态处于收缩状态，占用空间小，易于仓内布置及开展工作，在装置上设置有摄像及传感器能够对作业状态进行感知，人员可以远程遥控操作，提高施工的自动化程度，减少人员进仓的频率，对降低施工成本，提升效率很有益处。

本发明处理装置针对现有的人工进仓破碎、打捞孤石作业劳动强度大、风险高、效率低的问题而设计，具有节省作业人员体力、自动化程度高、能够实现远程操作、安全性高的优点，同时该装置还可以配合泥水盾构前隔板上部仓门的自动化改造，能够实现人员仓外操作装置，实现远程孤石破除的优点，具有较广的应用前景，尤其适用泥水平衡盾构施工的工程。

附图说明

图1是本发明处理装置的结构示意图；

图2是本发明处理装置的侧视图；

图3是本发明处理装置的收缩状态示意图；

图4是本发明处理装置的收缩状态的侧视图；

图5为本发明处理装置伸缩臂展开状态示意图；

图中标号：1为支座板，2为X向油缸，3为X向导轨，4为X向工作台，5为Y向油缸，6为Y向工作台，7为伺服电机，8为驱动齿轮；9为旋转工作台，10为辅臂油缸，11为立臂油缸；12为一级伸缩臂；13为二级伸缩臂；14.为三级伸缩臂，15为摄像头；16为多级油缸，17为破岩机具；18为液压管路接口；19为传动齿轮，20为驱动齿轮，21为凸台，22为挡块。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

实施例1：一种用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，参见图1-图5，包括底部驱动机构、工作台组件、伸缩臂机构；工作台组件包括X向工作台4、Y向工作台6、旋转工作9台。

底部驱动机构包括两条平行设置的X向导轨3，两条导轨的末端连接有支座板1，在支座板1上部设有X向油缸2；X向油缸2的活塞杆前端与X向工作台4的末端固定连接，X向工作台4的底部设有与两条X向导轨相配合滑动安装的滑块；在X向工作台4上设有与X向导轨3相垂直的Y向滑槽，在Y向工作台6的底部设有滑动安装在Y向滑槽内的凸台21，在X向工作台4的一侧设有与Y向滑槽平行设置的Y向油缸5，Y向油缸5的活塞杆前端与Y向工作台6侧边上设置的挡块22固定连接在一起；Y向油缸为两组，分别设置在Y向工作台6的两侧。

旋转工作台9通过旋转驱动机构设置在Y向工作台6的上部，旋转驱动机构包括设置在Y向工作台6上的推力轴承、设置在旋转工作台9的下部的驱动齿轮20，驱动齿轮20与推力轴承对应安装在一起，在Y向工作台6上还设有伺服电机7，伺服电机7的输出轴上安装有传动齿轮19，传动齿轮19与驱动齿轮20相啮合，使伺服电机7带动旋转工作台9转动。立臂油缸11设置在旋转工作台9的中心位置，辅臂油缸10设置在立臂油缸的前侧，且二者错开设置，不在同一直线上，二者在旋转工作台上的投影互不重合。

在旋转工作台9上方设有立臂油缸11和辅臂油缸10，立臂油缸11和辅臂油缸10与对应设置在旋转工作台上的两个支座相铰接；伸缩臂机构铰接在立臂油缸11和辅臂油缸10的顶部，在伸缩臂机构的前端设有破岩机具17，破岩机具17为液压冲击钻或液压劈裂器。

其中，伸缩臂机构包括一级伸缩臂12、二级伸缩臂13和三级伸缩臂14，二级伸缩臂13套装在一级伸缩臂12内，且与一级伸缩臂12之间形成移动副；三级伸缩臂14套装在二级伸缩臂13内，且与二级伸缩臂13之间形成移动副，破岩机具17设置在三级伸缩臂14的前端；在一级伸缩臂12内设有多级油缸16，多级油缸16的活塞杆前端与破岩机具17的末端固定连接。在三级伸缩臂14的前端上部安装有摄像头15；一级伸缩臂12、二级伸缩臂13和三级伸缩臂14均为矩形截面的型钢。在立臂油缸11和辅臂油缸10的顶部均设有油缸吊耳，在一级伸缩臂12的下部对应位置分别设有吊耳孔，立臂油缸11和辅臂油缸10的顶部通过油缸吊耳与一级伸缩臂12下部的吊耳孔对应铰接。

伺服电机7为带减速机的伺服电机，在伺服电机7输出轴上安装有角度传感器；X向油缸2、Y向油缸5、立臂油缸11、辅臂油缸10和多级油缸16均内置有位移传感器，位移传感器为拉线式光栅光纤传感器或 LVDT 位移传感器。在Y向工作台上还设有液压管路接口18和外接信号电缆接口。

实施例1中用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置的应用方法，包括下列步骤：

（1）将该处理装置通过仓内运输装置运送至泥水盾构气垫仓上部，将外接的液压管路、电源接通，外接信号控制电缆与对应的接口接通，对该处理装置进行试操作，检查装置中的各部分是否正常工作，确认能够正常工作后进行下一步骤；

（2）在进行作业前，使前方刀盘开挖仓的泥浆液面应降低，确保泥水盾构气垫仓前隔板上部密封仓门打开时，无泥浆进入；打开前隔板上部密封仓门，慢速转动刀盘，刀盘停止后让辐条处对着前隔板上部的仓门开口处，便于开展破岩，否则重新调整刀盘位置；

（3）该处理装置未工作时为收缩状态，立臂油缸和辅臂油缸平置在旋转工作台上，伸缩臂机构收缩；仓门开启后，控制X向油缸伸出，将X向工作台沿X向导轨向前推出；

（4）将X向工作台推到初始工作位置后，通过Y向油缸调整Y向工作台的位置，通过调整立臂油缸和辅臂油缸的高度，让伸缩臂机构有一个合适的俯仰角度，然后控制一级伸缩臂内的多级油缸的行程，使破岩机具接近岩石，控制破岩机具对岩石进行破碎工作，破碎岩石的过程中随时调整伸缩臂机构的伸缩长度；在工作过程中需要对装置进行摆动时，控制伺服电机带动旋转平台转动一定角度；

（5）某位置辐条处卡的岩石破碎完毕后，将伸缩臂机构收回，立臂油缸和辅臂油缸下降、平置，X向油缸收回，将X向工作台沿X向导轨拖回，使该处理装置回到泥水盾构气垫仓内；

（6）转动刀盘至下一个辐条位置，重复上述步骤进行下一次破岩操作；破岩工作结束后，将该装置调整至初始的收缩状态，拖回到泥水盾构气垫仓内；关闭仓门。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (7)

1.一种用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，其特征在于，包括底部驱动机构、工作台组件、伸缩臂机构；

所述工作台组件包括X向工作台、Y向工作台、旋转工作台；

所述底部驱动机构包括两条平行设置的X向导轨，两条所述导轨的末端连接有支座板，在所述支座板上部设有X向油缸；所述X向油缸的活塞杆前端与所述X向工作台的末端固定连接，所述X向工作台的底部设有与两条X向导轨相配合滑动安装的滑块；

在所述X向工作台上设有与所述X向导轨相垂直的Y向滑槽，在所述Y向工作台的底部设有滑动安装在所述Y向滑槽内的凸台，在所述X向工作台的一侧设有与所述Y向滑槽平行设置的Y向油缸，所述Y向油缸的活塞杆前端与所述Y向工作台侧边上设置的挡块固定连接在一起；

所述旋转工作台通过旋转驱动机构设置在所述Y向工作台的上部，在所述旋转工作台上方设有立臂油缸和辅臂油缸，所述立臂油缸和辅臂油缸与对应设置在所述旋转工作台上的两个支座相铰接；所述立臂油缸设置在所述旋转工作台的中心位置，所述辅臂油缸设置在所述立臂油缸的前侧，且二者错开设置，不在同一直线上，二者在所述旋转工作台上的投影互不重合；

所述旋转驱动机构包括设置在所述Y向工作台上的推力轴承、设置在所述旋转工作台的下部的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述推力轴承对应安装在一起，在所述Y向工作台上还设有伺服电机，所述伺服电机的输出轴上安装有传动齿轮，所述传动齿轮与所述驱动齿轮相啮合，使所述伺服电机带动所述旋转工作台转动；

所述伺服电机为带减速机的伺服电机，在所述伺服电机输出轴上安装有角度传感器；所述X向油缸、Y向油缸、立臂油缸、辅臂油缸和多级油缸均内置有位移传感器，所述位移传感器为拉线式光栅光纤传感器或 LVDT 位移传感器；

所述伸缩臂机构铰接在所述立臂油缸和辅臂油缸的顶部，在所述伸缩臂机构的前端设有破岩机具。

2.根据权利要求1所述的用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，其特征在于，所述伸缩臂机构包括一级伸缩臂、二级伸缩臂和三级伸缩臂，所述二级伸缩臂套装在所述一级伸缩臂内，且与一级伸缩臂之间形成移动副；所述三级伸缩臂套装在所述二级伸缩臂内，且与所述二级伸缩臂之间形成移动副，所述破岩机具设置在所述三级伸缩臂的前端；在所述一级伸缩臂内设有多级油缸，所述多级油缸的活塞杆前端与所述破岩机具的末端固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，其特征在于，在所述三级伸缩臂的前端上部安装有摄像头；所述一级伸缩臂、二级伸缩臂和三级伸缩臂均为矩形截面的型钢。

4.根据权利要求2所述的用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，其特征在于，在所述立臂油缸和辅臂油缸的顶部均设有油缸吊耳，在所述一级伸缩臂的下部对应位置分别设有吊耳孔，所述立臂油缸和辅臂油缸的顶部通过油缸吊耳与一级伸缩臂下部的吊耳孔对应铰接。

5.根据权利要求1所述的用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，其特征在于，在所述Y向工作台上还设有液压管路接口和外接信号电缆接口。

6.根据权利要求1所述的用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置，其特征在于，所述破岩机具为液压冲击钻或液压劈裂器。

7.权利要求1所述的用于泥水盾构刀盘辐条位置孤石的处理装置的应用方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）将该处理装置通过仓内运输装置运送至泥水盾构气垫仓上部，将外接的液压管路、电源接通，外接信号控制电缆与对应的接口接通，对该处理装置进行试操作，检查装置中的各部分是否正常工作，确认能够正常工作后进行下一步骤；

（2）在进行作业前，使前方刀盘开挖仓的泥浆液面应降低，确保泥水盾构气垫仓前隔板上部密封仓门打开时，无泥浆进入；打开前隔板上部密封仓门，慢速转动刀盘，刀盘停止后让辐条处对着前隔板上部的仓门开口处，便于开展破岩，否则重新调整刀盘位置；

（3）该处理装置未工作时为收缩状态，所述立臂油缸和辅臂油缸平置在所述旋转工作台上，伸缩臂机构收缩；仓门开启后，控制X向油缸伸出，将X向工作台沿X向导轨向前推出；

（4）将X向工作台推到初始工作位置后，通过Y向油缸调整Y向工作台的位置，通过调整立臂油缸和辅臂油缸的高度，让伸缩臂机构有一个合适的俯仰角度，然后控制一级伸缩臂内的多级油缸的行程，使破岩机具接近岩石，控制破岩机具对岩石进行破碎工作，破碎岩石的过程中随时调整伸缩臂机构的伸缩长度；在工作过程中需要对装置进行摆动时，控制伺服电机带动旋转平台转动一定角度；

（5）某位置辐条处卡的岩石破碎完毕后，将伸缩臂机构收回，立臂油缸和辅臂油缸下降、平置，X向油缸收回，将X向工作台沿X向导轨拖回，使该处理装置回到泥水盾构气垫仓内；

（6）转动刀盘至下一个辐条位置，重复上述步骤进行下一次破岩操作；破岩工作结束后，将该装置调整至初始的收缩状态，拖回到泥水盾构气垫仓内；关闭仓门。